DE2457504C3

DE2457504C3 - Extrusion process and machine

Info

Publication number: DE2457504C3
Application number: DE19742457504
Authority: DE
Inventors: Gerhard 8012 Ottobrunn Müller
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1974-12-05
Filing date: 1974-12-05
Publication date: 1983-04-21
Also published as: DE2457504B2; DE2457504A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Fließdrücken von Rohren mit zylindrischer Innenwand, bei dem es bekannt ist, einen hohlzylindrischen Rohling mit konstanter Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit gegen einen Drückrollensatz laufen zu lassen, wo er unter Verringerung seiner Wandstärke zu einem langgestreckten Rohr ausgewalzt wird. Die Vorteile des Fließdrückens liegen vor allem in der Möglichkeit, hochfeste Werkstoffe, insbesondere vergütete Stahle oder Aluminium-Legierungen, auch nach dem Vergüten zu dünnwandigen Rohren zu verformen. Dabei kommt es jedoch zu Maßabweichungen im Rohr-Innendurchmesser, und zwar eincr- ;; seits bedingt durch unvermeidbare örtliche Härteschwankungen im Werkstoff und andererseits aufgrund einer während des Fließdrückvorgangs veränderten Wandstärken verringerung, also etwa bei der Herstellung von Rohren mit konischer Außenwand aus hohlzylindrischen Rohlingen mit Hilfe eines die radiale Drückrollenzusteliung steuernden Leitlineals.The invention relates to the extrusion of pipes with a cylindrical inner wall, in which it is known is, a hollow cylindrical blank with constant speed and feed rate against one Run the pressure roller set, where it becomes an elongated tube while reducing its wall thickness is rolled out. The advantages of extrusion are mainly in the possibility of high-strength materials, in particular Quenched and tempered steels or aluminum alloys, even after quenching and tempering into thin-walled tubes to deform. However, this leads to dimensional deviations in the inner diameter of the pipe, namely acr- ;; partly due to unavoidable local fluctuations in hardness in the material and on the other hand due to a change during the flow spinning process Wall thickness reduction, for example when producing tubes with a conical outer wall from hollow cylindrical tubes Blanks with the help of a guide rule that controls the radial pressure roller infeed.

Um die durch Härteschwankungen bedingten Maßungenauigkeiten zu verringern, ist es bekannt, die Rohlinge in möglichst kurzen Stücken herzustellen, ggf. einzein zu vergüten und nach Härtegraden zu klassifizieren. Je nach Härtegrad wird dann beim Fließdrücken eine bestimmte Vorschubgeschwindigkeit und Drehzahl für den Rohling gewählt Nachteilig an dieser Maßnahme ist der große Arbeitsaufwand, der zu einer erheblichen Steigerung der Fertigungskosten führt, und daß die Maßabweichungen nur in begrenztem Maße verringert werden, da sich die örtlichen Härteunterschiede innerhalb der einzelnen Rohlinge weiterhin störend auf die Maßgenauigkeit des Rohrinnendurchmessers auswirken. In order to reduce the dimensional inaccuracies caused by fluctuations in hardness, it is known to use the blanks Manufactured in the shortest possible pieces, if necessary individually tempered and classified according to degrees of hardness. Depending on the degree of hardness, a certain feed rate and rotational speed are then used during flow spinning chosen for the blank. A disadvantage of this measure is the great amount of work that leads to a significant increase in manufacturing costs, and that the Dimensional deviations can only be reduced to a limited extent, as the local hardness differences within of the individual blanks continue to have a disruptive effect on the dimensional accuracy of the inner diameter of the pipe.

Aufgabe der Erfindung ist es, bekannte Fließdrückverfahren und -maschinen derart zu verbessern, daß sich mit geringem Aufwand hochgradig maßhaltige Rohre herstellen lassen.The object of the invention is to improve known flow spinning methods and machines in such a way that Highly dimensionally stable pipes can be produced with little effort.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet mit einer Regelung der Vorschubgeschwindigkeit und/oder der Drehzahl des Rohlings während des Fließdrückvorgangs mit dem Drehmoment oder der Vorschubkraft als Regelgröße. Hierdurch werden nicht nur von außen vor-The inventive method works with a regulation of the feed rate and / or the Speed of the blank during the flow spinning process with the torque or the feed force as Controlled variable. This means that not only from the outside

gegebene Änderungen in der Querschnittverringerung des Rohlings selbsttätig derart ausgeglichen, daß das in der Zeiteinheit verformte Werkstückvolumen und somit die Formänderungsgeschwindigkeit bei gleichbleibender Werkstückhärte auf einen vorgegebenen Konstantwert eingeregelt wird, sondern darüber hinaus wird der Vorschub je Umdrehung auch an die örtliche Werkstoffhärte derart angepaßt, daß die Formänderungsgeschwirdigkeit mit zunehmender Werkstoffhärte auf einen entsprechend niedrigeren Wert eingeregelt wird.given changes in the cross-sectional reduction of the blank automatically compensated in such a way that the in The workpiece volume deformed in the unit of time and thus the rate of deformation at a constant Workpiece hardness is regulated to a predetermined constant value, but beyond that, the Feed per revolution also adapted to the local material hardness in such a way that the deformation speed is adjusted to a correspondingly lower value with increasing material hardness.

Das Ergebnis ist ein von äußeren Störeinflüssen unabhängiger gleichbleibender Durchformungsgrad und eine hohe Maßhaltigkeit der gefertigten Rohre bei geringen Herstellungskosten.
Zur Durchführung des Verfahrens sind an einer üblichen Fließdrückmaschine nur wenige, baulich einfache Änderungen erforderlich. Falls etwa die Fließdrückmaschine einen druckmittelbetätigten Vorschubzylinder als Vorschubeinrichtung aufweist, arbeitet die Regelung zweckmäßigerweise mit der Vorschubkraft als Regelgröße und die Ist-Sollwertabweichung wird in besonders einfacher Weise durch eine den Strömungsmitteldruck im Vorschubzylinder mit einem einstellbaren Bezugsdruck vergleichende Druckdose ermittelt.The result is a constant degree of deformation, independent of external interference, and a high degree of dimensional accuracy of the manufactured tubes at low manufacturing costs.
To carry out the process, only a few structurally simple changes are required on a conventional flow spinning machine. If, for example, the flow spinning machine has a pressurized feed cylinder as the feed device, the control expediently works with the feed force as the control variable and the actual target value deviation is determined in a particularly simple manner by a pressure cell comparing the fluid pressure in the feed cylinder with an adjustable reference pressure.

Das Verhältnis der Vorschubgeschwindigkeit zur Drehzahl läßt sich entweder durch eine Drehzahländerung beeinflussen, was sich für Fließdrückmaschinen empfiehlt, die ein stufenlos verstellbares Getriebe zwischen Antriebsmotor und Spindel sowie eine Vorschubeinrichtung aufweisen, welche mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit arbeitet, oder zusatzlich oder wahlweise durch Änderung der Vorschubgeschwindigkeit, was in besonders einfacher Weise bei einem druckmittelbetätigten Vorschubzylinder durch ein Regelventil zur Re-The ratio of the feed rate to the speed can either be changed by changing the speed influence what is recommended for flow spinning machines that have a continuously variable transmission between Have drive motor and spindle as well as a feed device, which with constant feed speed works, or additionally or optionally by changing the feed rate, what in a particularly simple way with a pressure-medium-operated feed cylinder through a control valve for re-

gulierung des Druckmittelzustroms zum Vorschubzylinder in Abhängigkeit von den Ist-Sollwertabweichungen möglich istregulation of the pressure medium flow to the feed cylinder is possible depending on the actual target value deviations

Die Vorteile der Erfindung hinsichtlich der selbsttätigen Anpassung ar, sich während des Fließdrückvorgangs ändernde Querschnittsverringerungen zeigen sich besonders ausgeprägt bei der Herstellung von Rohren mit einer nichtzylindrischen, roxationssymmetnschen — etwa kegelstumpfförmigen — Außenfläche, die mit Hilfe einer Schablone zur Steuerung der radialen Druckrollenzustellung während des Fließdräckvor_sanges gefertigt werden.The advantages of the invention relating to the automatic adjustment ar, during the flow-forming process changing cross-sectional reductions are particularly pronounced in the manufacture of tubes having a non-cylindrical, roxationssymmetnschen - for example truncated cone-shaped - outer surface using a template for controlling the radial pressure roller delivery during Fließdräckvor _s ans are made.

Die Erfindung wird nunmehr anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläuerL Es zeigtThe invention will now be explained in more detail on the basis of two exemplary embodiments

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Fließdrückmaschine undF i g. 1 shows a schematic representation of a flow spinning machine designed according to the invention and

Fig.2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem geänderten Regelkreis.2 shows a further embodiment of the invention with a modified control loop.

Die Fließdrückmaschine enthält in üblicher Weise eine Spindel 10, an der ein Fließdriickdom 16, festgespannt ist, welcher den Rohling 18 trägt. Angetrieben wird die Spindel 10 über eine Zwischenweüe 26 und ein stufenlos verstellbares Getriebe 22 von einem Antriebsmotor 24.The flow spinning machine usually contains a spindle 10 to which a flow spinning dome 16 is clamped is, which carries the blank 18. The spindle 10 is driven via an intermediate shaft 26 and a Infinitely variable transmission 22 from a drive motor 24.

Zum Vorschub der Spindel 10 in Achsrichtung dient ein Vorschubzylinder 12, der über eine Pumpeinheit 14 und ein Regelventil 36 zur Regulierung des dem Vorschubzylinder 12 zugeführten Hydraulikzustroms mit Druckmittel versorgt wird. Beim Antrieb der Spindel 10 in Dreh- und Vorschubrichtung läuft der Rohling 18 gegen einen Satz von Drückrollen 20, von denen ledigleich eine gezeigt ist. und wird unter Verringerung seines Außendurchmessers zu einem langgestreckten Rohr umgeformt.A feed cylinder 12, which is fed via a pump unit 14, is used to feed the spindle 10 in the axial direction and a control valve 36 for regulating the hydraulic flow supplied to the feed cylinder 12 Pressure medium is supplied. When the spindle 10 is driven in the direction of rotation and feed, the blank 18 runs against a set of pinch rollers 20, only one of which is shown. and is taking down his Outside diameter formed into an elongated tube.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 bleibt die Einstellung des Regelventils 36 und somit die Vorschubgeschwindigkeit während des Fließdrückvorgangs unverändert, und die Vorschubkraft wird durch Regulierung der Spindeldrehzahl auf einen vorgegebenen Wert eingeregelt. Zu diesem Zweck ist der Vorschubzylinder 12 druckseitig an eine Differenzdruckdose 32 angeschlossen, die den Vorschubzylinderdruck mit einem vorgegebenen Bezugsdruck vergleicht. Das Ergebnis dieses Istwert-Sollwertvergleichs wird einem Steuerverstärker 34 zugeführt, welcher über einen Stellmotor 28, dessen Stellung mit Hilfe des Signalgebers 30 überwacht wird, auf das stufenlos verstellbare Getriebe 22 einwirkt. Weicht der Druck im Vorschubzylinder 12 von dem je nach Material und Form des Rohlings an der Druckdose 32 vorgewählten Bezugsdruck ab, wird der Stellmotor 28 vom Steuerverstärker 34 betätigt, bis diese Abweichung verschwindet, und zwar wird der Stellmotor 28 in Richtung einer Drehzahlerhöhung der Spindel 10 betrieben, wenn der Vorschubzylinderdruck den vorgegebenen Bezugsdruck übersteigt und umgekehrt. Auf diese Weise wird das Verhältnis der Vorschubgeschwindigkeit zur Drehzahl der Spindel 10 selbsttätig an Schwankungen der örtlichen Werkstoffhärte und der Wandstärken verringerung des Rohlings 18 angepaßt und eine hochgenaue Maßhaltigkeit des Rohrinnendurchmessers erzieltIn the embodiment according to FIG. 1 remains the setting of the control valve 36 and thus the feed rate unchanged during the flow spinning process, and the feeding force is controlled by regulation the spindle speed is regulated to a specified value. This is the purpose of the feed cylinder 12 connected on the pressure side to a differential pressure cell 32, which the feed cylinder pressure with a compares specified reference pressure. The result of this actual value / setpoint comparison is sent to a control amplifier 34 is supplied which, via a servomotor 28, monitors its position with the aid of the signal transmitter 30 acts on the continuously variable transmission 22. If the pressure in the feed cylinder 12 deviates from depending on the material and shape of the blank on the pressure cell 32 preselected reference pressure, the Servomotor 28 is actuated by the control amplifier 34 until this deviation disappears, namely the servomotor 28 operated in the direction of increasing the speed of the spindle 10 when the feed cylinder pressure the exceeds the specified reference pressure and vice versa. In this way, the ratio of the feed speed to the speed of the spindle 10 automatically to fluctuations in the local material hardness and the Wall thickness reduction of the blank 18 adapted and a highly accurate dimensional accuracy of the pipe inner diameter achieved

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2, bei dem entsprechende Bauteile mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, ist die Regelgröße wiederum der Vorschubzylinderdruck, dessen Abweichung von einem vorgegebenen Sollwert in Form eines Bezugsdrucks in der Differenzdruckdose 32 festgestellt und dem Steuerverstärker 34 übermittelt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel bleibt jedoch die Drehzahl der Spindel 10 unverändert, so daß hier auf ein stufenloses Getriebe zwischen Antriebsmotor 24 und Zwischen-Welle 26 verzichtet werden kann, und statt dessen wird die Vorschubgeschwindigkeit der Spindel 10 mit Hilfe des den Mengenzustrom zum Vorschubzylinder 12 steuernden Regelventils 36' verändert, welches vom Steuerverstärker 34 her in Abhängigkeit von den Istwert-Sollwertabweichungen während des Fließdruckvorgangs derart betätigt, wird, daß die Vorschubgeschwindigkeit verringert wird, wenn der Druck im Vorschubzylinder 12 den vorgegebenen Bezugsdruck überschreitet, und umgekehrt.In the embodiment according to FIG. 2, in which corresponding components have the same reference numerals are marked, the controlled variable is in turn the feed cylinder pressure, its deviation from a predetermined setpoint in the form of a reference pressure in the differential pressure cell 32 and determined the control amplifier 34 is transmitted. In this embodiment, however, the speed remains the Spindle 10 unchanged, so that here on a continuously variable transmission between drive motor 24 and intermediate shaft 26 can be dispensed with, and instead, the feed speed of the spindle 10 with the help of the regulating valve 36 'which controls the flow rate to the feed cylinder 12 and which is controlled by the control amplifier 34 depending on the actual value setpoint deviations during the flow pressure process operated so that the feed speed is reduced when the pressure in the feed cylinder 12 exceeds the specified reference pressure and vice versa.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ferner eine Schablone in Form eines Lineals 40 an einem Auflager 42 parallel zur Vorschubrichtung beweglich gelagert, wobei die Verschiebung des Lineals 40 durch einen Mitnehmer 44 erfolgt, der bewegungsschlüssig mit dem zwischen FließdriJckdorn 16 und Drückrollen 20 austretenden Rohr gekoppelt ist. Das Lineal 40 steuert über eine Tastrolle 38 die radiale Zustellung der Drückrollen 20. Es lassen sich somit Rohre mit zylindrischer Innenwand und rotationssymmetrischer, jedoch nichtzyündrischer Außenwand fertigen, deren Profil mit der Kontur der Schablone 40 übereinstimmt. Dabei ändert sich jedoch auch die Wandstärkenverringerung des Rohlings 18 während des Fließdrückvorgangs, was bei konstanter Vorschubgeschwindigkeit und konstanter Drehzahl der Spindel 10 Schwankungen in der Formänderungsgeschwindigkeit und dem Innendurchmesser des entste· henden Rohres zur Folge hätte. Außer den örtlichen Härteschwankungen werden auch diese, durch sich ändernde Wandstärkenverringerung bedingten Störeinflüsse durch die Regelung gemäß F i g. 1 oder 2 ausgeglichen. In this exemplary embodiment, a template in the form of a ruler 40 is also on a support 42 mounted movably parallel to the feed direction, the displacement of the ruler 40 by a driver 44 takes place, which is locked in motion with the emerging between the flow mandrel 16 and pressure rollers 20 Pipe is coupled. The ruler 40 controls the radial infeed of the pressure rollers 20 via a feeler roller 38. It can thus be tubes with a cylindrical inner wall and rotationally symmetrical, but non-cylindrical Manufacture an outer wall whose profile matches the contour of the template 40. However, this is changing also the reduction in wall thickness of the blank 18 during the flow spinning process, which occurs at constant Feed rate and constant speed of the spindle 10 fluctuations in the rate of change of shape and the inside diameter of the resulting pipe. Except the local ones Fluctuations in hardness also become these disruptive influences caused by changing wall thickness reductions by the regulation according to F i g. 1 or 2 balanced.

Die Erfindung ist aber ebenso dann verwendbar, wenn Werkstücke im Gleichlauf hergestellt werden, also ein Rohling festgeklemmt und durch die Drückrollen auf den Dorn abgelängt wird.However, the invention can also be used when workpieces are manufactured in synchronism, So a blank is clamped and cut to length on the mandrel by the pressure rollers.

hierzii 2 Blatt Zeichnungenhere 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Process for the extrusion of pipes with a cylindrical inner wall made from blanks with fluctuations in hardness over their length and / or a wall thickness reduction that changes during the flow molding, in which the blank clamped on a mandrel is driven in the direction of rotation and is pressed at the same time in the feed direction on a radially deliverable pressure roller set, thereby characterized in that the torque or on the during the flow spinning process Feed force exerted by the blank by changing the ratio of the feed speed to the Speed of the blank can be regulated to a predetermined setpoint.

2. Flieödriickmaschine rar implementation of the Veriahrens according to claim 1, with a rotating spindle for driving the blank and a feed device for pressing the blank against a spinning roller set, characterized by a measuring and control stage (32, 34), the deviation of the spindle torque or the The feed force is determined from a predetermined nominal value and an actuating device (22, 28, 30; 36 ') actuated as a function of the control signal of the controller stage (34) for changing the ratio of the feed speed to the spindle speed.

3. Flow spinning machine according to claim 2 for regulating the feed force, in which the feed device is a pressure-medium-operated feed cylinder, characterized in that the measuring and control stage (32,34) one the fluid pressure in the feed cylinder (12) with an adjustable reference pressure comparing pressure cell (32) contains.

4. flow spinning machine according to claim 2 or 3, characterized in that the feed device (12) operates at a constant feed rate and the adjusting device (22, 28, 30) operates accordingly the control signal has reversible, continuously variable transmission (22) for driving the spindle (10).

5. flow spinning machine according to claim 2 or 3, characterized in that the spindle (10) with runs at a constant speed and the feed speed can be regulated depending on the control signal is.

6. Flow spinning machine according to claim 5, characterized by a control valve actuated by the regulator (34) (36 ') for regulating the hydraulic flow rate fed to the feed cylinder (12).

7. flow spinning machine according to one of claims 2 to 6, characterized by a template (40) for Control of the radial pressure roller infeed during the flow spinning process.